本發(fā)明屬于高聳結(jié)構(gòu)減振控制領(lǐng)域，特別涉及一種電渦流阻尼器減振控制裝置，可用于土木工程結(jié)構(gòu)中減振控制。

背景技術(shù)：

高聳結(jié)構(gòu)是一種高度較高、橫截面相對較小、橫向荷載起主要作用的細長構(gòu)筑物，因其形式高挑美觀，被廣泛應(yīng)用于通訊、電力及化工等眾多領(lǐng)域。相對于普通建筑結(jié)構(gòu)，高聳結(jié)構(gòu)水平剛度偏小，對風荷載和地震作用敏感，易產(chǎn)生較大的靜力和動力反應(yīng)。

我國是一個風災(zāi)和地震災(zāi)害相對頻發(fā)的國家，高聳結(jié)構(gòu)在強風或者強震的作用下反應(yīng)強烈甚至破壞倒塌的事故時常發(fā)生，很難滿足其安全性能的要求，造成了巨大的經(jīng)濟損失。因此提高高聳結(jié)構(gòu)的抗風和抗震性能，減小其在強風或強震下的振動響應(yīng)，降低風或地震對高聳結(jié)構(gòu)的損害已經(jīng)成為了結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的熱門話題。能夠找到一種使高聳在風荷載或地震作用下安全運行的控制裝置，對整個結(jié)構(gòu)工程行業(yè)具有重要的現(xiàn)實意義。結(jié)構(gòu)在地震作用或風荷載作用下的運動呈多方向，單純的研究單方向的控振是遠遠不能滿足要求的，因此應(yīng)從多個方向考慮對結(jié)構(gòu)進行減振控制。

按照控制措施是否需要外部能源，結(jié)構(gòu)振動控制通常分為主動控制、半主動控制、被動控制和混合控制。其中，阻尼器又成為了控制裝置的核心部件，阻尼器選取的質(zhì)量直接影響著控制能力的好壞。主動控制裝置利用額外能量控制減少結(jié)構(gòu)在地震作用或風荷載下的振動反應(yīng)，盡管其控制效果好，適應(yīng)性強，但技術(shù)復(fù)雜、造價昂貴、維護要求高，工程應(yīng)用有較大困難。被動控制則沒有外部能量輸入，主要是通過抗震設(shè)計改變結(jié)構(gòu)的剛度、阻尼和質(zhì)量的大小及其在結(jié)構(gòu)體系中的分布，或者改變外荷載的傳遞途徑，以達到控制工程結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的目的，該方法技術(shù)簡便，造價廉潔，實際應(yīng)用能力強，并且也具有較好的減振效果。目前主要的被動控制裝置有隔震裝置、消能減震裝置和質(zhì)量調(diào)諧TMD裝置等，但目前各種形式的減振器大多僅針對結(jié)構(gòu)某一個方向進行振動控制，考慮地震或者風作用引起結(jié)構(gòu)振動的多維性，這類減振器的振動控制效果難以保證。本發(fā)明屬于被動控制裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)高聳結(jié)構(gòu)多個方向上的振動控制，具有較好的減振吸能效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種電渦流阻尼器減振控制裝置，旨在減小高聳結(jié)構(gòu)在地震作用和風荷載作用下的振動響應(yīng)，以便達到多維耗能減振的效果。

為了達成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

電渦流阻尼器減振控制裝置，包括一個套有橡膠外套的箱型結(jié)構(gòu)；在所述的箱型結(jié)構(gòu)內(nèi)垂直的安置著與箱型結(jié)構(gòu)頂面相連的彈簧擺，所述的彈簧擺能在箱型結(jié)構(gòu)內(nèi)各個方向擺動，其運動方式為彈簧上下振動與整體擺動兩種運動方式的耦合，當所述彈簧擺滿足內(nèi)共振時，兩個振動模態(tài)強烈耦合，會發(fā)生一種振動激發(fā)另一種振動，達到非線性吸振效果；所述的彈簧擺包括一個彈簧以及豎直連接在彈簧下端的圓筒結(jié)構(gòu)，在所述的圓筒結(jié)構(gòu)自身水平四個方向以及下端各連接一個磁體，所述的磁體會隨著圓筒結(jié)構(gòu)來回擺動并與箱型結(jié)構(gòu)發(fā)生相對運動，會在箱型結(jié)構(gòu)各個面中產(chǎn)生電渦流，并且箱型結(jié)構(gòu)會受到電磁力阻礙相對運動。此過程中主體結(jié)構(gòu)的振動能量會轉(zhuǎn)化為電熱能耗散掉，有較好的吸振耗能效果。

進一步的，電渦流阻尼器減振控制裝置固定在被控結(jié)構(gòu)的頂部。

進一步的，所述的箱型結(jié)構(gòu)由金屬銅制成，具有良好的導(dǎo)電性。

進一步的，所述的箱型結(jié)構(gòu)外面套有一層橡膠外套，能夠保證與被控結(jié)構(gòu)絕緣。

進一步的，所述的彈簧擺裝置還包括一根穿過彈簧的合金絞線，目的是能夠發(fā)生內(nèi)共振。

進一步的，所述的彈簧采用馬氏體形狀記憶合金制成，此合金具有高阻尼，超彈性，高耗能等優(yōu)點，在彈簧中間穿過一根彈性合金絞線，所述的彈性合金絞線采用奧氏體形狀記憶合金制成，此合金具有高彈性模量和超彈性自復(fù)位能力等特點，在彈簧損壞后可以保護圓筒結(jié)構(gòu)，所述的圓筒結(jié)構(gòu)采用鍍鋅銅制成，其有防腐蝕、導(dǎo)磁性小、散熱快的優(yōu)點。

進一步的，所述的彈簧擺與被控結(jié)構(gòu)的主頻率接近，根據(jù)被控結(jié)構(gòu)的頻率來確定彈簧的長度等；這里所述的“接近”是指頻率的相差范圍控制在5％范圍內(nèi)。

進一步的，所述的位于圓筒結(jié)構(gòu)自身水平方向以及下端的5個磁體為永磁體，能夠產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的磁場。

本發(fā)明的工作原理如下：

將本裝置固定在高聳結(jié)構(gòu)的頂部，在地震或風荷載作用下，被控結(jié)構(gòu)發(fā)生振動或扭轉(zhuǎn)時，帶動箱型結(jié)構(gòu)一起振動并帶動彈簧擺振動或擺動，此時箱型結(jié)構(gòu)會與彈簧擺形成相對運動，由金屬銅制成的箱型結(jié)構(gòu)相當于導(dǎo)體，有無數(shù)的閉合回路，相對運動過程中與圓筒結(jié)構(gòu)連接的永磁體產(chǎn)生的磁感線會在箱型結(jié)構(gòu)的各個面中發(fā)生變化，并在箱型結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生電渦流，箱型結(jié)構(gòu)會受到電磁力作用，由楞次定律可知，電磁力阻礙相對運動，從而減緩被控結(jié)構(gòu)的振動，從能量轉(zhuǎn)換的角度看，結(jié)構(gòu)振動的機械能先轉(zhuǎn)化為箱型結(jié)構(gòu)的電能最終轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，達到了減震耗能的效果。此外，彈簧擺在運動過程中滿足內(nèi)共振時，兩個振動模態(tài)強烈耦合，會發(fā)生一種振動激發(fā)另一種振動，達到非線性吸振效果。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明屬于被動控制裝置，無需外部能源的輸入，可通過裝置自身對結(jié)構(gòu)進行實時控制，施工技術(shù)簡便，造價低廉，安全性能高。

本發(fā)明在彈簧擺滿足內(nèi)共振時，兩個振動模態(tài)強烈耦合，會發(fā)生一種振動激發(fā)另一種振動，達到非線性吸振效果。

本發(fā)明通過永磁體產(chǎn)生的磁感線在箱型結(jié)構(gòu)中發(fā)生變化，并在箱型結(jié)構(gòu)的各個面中產(chǎn)生電渦流，并且產(chǎn)生的電磁力阻礙振動，從而減緩被控結(jié)構(gòu)的振動，結(jié)構(gòu)振動的機械能先轉(zhuǎn)化為箱型結(jié)構(gòu)的電能最終轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，達到了減振耗能的效果。

本發(fā)明采用的馬氏體形狀記憶合金彈簧具有高阻尼，超彈性，高耗能等優(yōu)點；采用的奧氏體形狀記憶合金絞線具有高彈性模量和超彈性自復(fù)位能力等特點，能夠起到保護彈簧和圓筒結(jié)構(gòu)的作用。

本發(fā)明屬于被動控制裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)在多個方向上以及扭轉(zhuǎn)方面對高聳結(jié)構(gòu)進行控制，具有較好的減震吸能效果，對結(jié)構(gòu)行業(yè)提供了很大的實用價值。

本發(fā)明采用板式電渦流原理，具有構(gòu)造簡單，靈活性高，性價比高，使用方便，維護方便等優(yōu)點。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是電渦流阻尼器減振控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是電渦流阻尼器減振控制裝置結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖中：1箱型結(jié)構(gòu)，2馬氏體形狀記憶合金彈簧，3奧氏體形狀記憶合金絞線，4永磁體，5圓筒結(jié)構(gòu)，6橡膠套。

具體實施方式

以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的實施方式。

電渦流阻尼器是一種利用電渦流的阻尼效應(yīng)制成的耗能減振裝置，具有使用壽命長、維護少和易安裝等優(yōu)點，目前，主要作為調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的阻尼元件應(yīng)用在土木工程結(jié)構(gòu)的振動控制領(lǐng)域。相應(yīng)的，本發(fā)明基于電磁感應(yīng)原理，在振動過程中會產(chǎn)生電磁阻礙其振動，并且會形成電渦流，將振動的機械能先轉(zhuǎn)化為電能最終轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉。此外，彈簧擺作為一種非線性系統(tǒng)，其運動方式是彈簧振動和整體擺動兩種模態(tài)的耦合。當振動頻率與擺動頻率一致時，滿足了內(nèi)共振條件，會發(fā)生一種振動激發(fā)另一種振動的現(xiàn)象，稱為內(nèi)共振現(xiàn)象，從而達到非線性吸振效果。

本發(fā)明提出的電渦流阻尼器減振控制裝置如圖1所示，該裝置可以安裝在高聳結(jié)構(gòu)的頂部；本發(fā)明屬于被動控制裝置，無需外部能源的輸入，可通過裝置自身對結(jié)構(gòu)進行實時控制，施工技術(shù)簡便，造價低廉，安全性能高；本發(fā)明采用板式電渦流原理，具有構(gòu)造簡單，靈活性高，性價比高，使用方便，維護方便等優(yōu)點。

具體結(jié)構(gòu)如下：

該減振裝置是由箱型結(jié)構(gòu)1、彈簧2、合金絞線3、永磁體4、圓筒結(jié)構(gòu)5和橡膠套6組成。其中箱型結(jié)構(gòu)1固定于高聳結(jié)構(gòu)的頂端，橡膠套套6在箱型結(jié)構(gòu)1外部，彈簧2和合金絞線3固定在箱型結(jié)構(gòu)1的頂端中央處，合金絞線3穿過彈簧2的中心，合金絞線3和彈簧2的下端均與圓筒結(jié)構(gòu)5頂部中央連接，5個永磁體4固定在圓筒結(jié)構(gòu)5自身水平四個方向以及下端，圓筒結(jié)構(gòu)5可以帶動永磁體在多個方向擺動。

彈簧擺能在箱型結(jié)構(gòu)內(nèi)各個方向擺動，其運動方式為彈簧上下振動與整體擺動兩種運動方式的耦合，當所述彈簧擺滿足內(nèi)共振時，兩個振動模態(tài)強烈耦合，會發(fā)生一種振動激發(fā)另一種振動，達到非線性吸振效果。

5個永磁體會隨著圓筒結(jié)構(gòu)來回擺動并與箱型結(jié)構(gòu)發(fā)生相對運動，會在箱型結(jié)構(gòu)各個面中產(chǎn)生電渦流，并且箱型結(jié)構(gòu)會受到電磁力阻礙相對運動。此過程中主體結(jié)構(gòu)的振動能量會轉(zhuǎn)化為電熱能耗散掉，有較好的吸振耗能效果。

本發(fā)明通過永磁體產(chǎn)生的磁感線在箱型結(jié)構(gòu)中發(fā)生變化，并在箱型結(jié)構(gòu)的各個面中產(chǎn)生電渦流，并且產(chǎn)生的電磁力阻礙振動，從而減緩被控結(jié)構(gòu)的振動，結(jié)構(gòu)振動的機械能先轉(zhuǎn)化為箱型結(jié)構(gòu)的電能最終轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，達到了減振耗能的效果。

進一步的，箱型結(jié)構(gòu)1由金屬銅制成，相當于導(dǎo)體，能形成無數(shù)的閉合回路。

進一步的，箱型結(jié)構(gòu)外面套有一層橡膠外套，能夠保證與被控結(jié)構(gòu)絕緣。

進一步的，由彈簧2、合金絞線3、圓筒結(jié)構(gòu)5做成的彈簧擺裝置，其運動方式為彈簧上下振動與整體擺動兩種運動方式的耦合，當振動頻率與擺動頻率一致時，滿足了內(nèi)共振條件，會發(fā)生一種振動激發(fā)另一種振動的，達到非線性吸振效果。

進一步的，彈簧擺在振動過程中會激發(fā)箱型結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生電渦流，進而產(chǎn)生電磁力阻礙振動，振動的機械能先轉(zhuǎn)化為電能最終轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉。

進一步的，彈簧2由馬氏體形狀記憶合金制成，此合金具有高阻尼，超彈性，高耗能等優(yōu)點，在彈簧2中間穿過一根彈性合金絞線3，所述的彈性合金絞線3采用奧氏體形狀記憶合金制成，此合金具有高彈性模量和超彈性自復(fù)位能力等特點，在彈簧損壞后可以保護圓筒結(jié)構(gòu)。

進一步的，所述的彈簧擺與被控結(jié)構(gòu)的主頻率接近，根據(jù)被控結(jié)構(gòu)的頻率來確定彈簧的長度等；這里所述的“接近”是指頻率的相差范圍控制在5％范圍內(nèi)。

進一步的，圓筒結(jié)構(gòu)5采用鍍鋅銅制成，其有防腐蝕、導(dǎo)磁性小、散熱快的優(yōu)點，與圓筒結(jié)構(gòu)自身水平方向以及下端的5個磁體為永磁體，能夠產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的磁場。

使用時，將本裝置固定在高聳結(jié)構(gòu)的頂部，在地震或風荷載作用下，被控結(jié)構(gòu)發(fā)生振動或扭轉(zhuǎn)時，帶動箱型結(jié)構(gòu)1一起振動并帶動彈簧擺振動或擺動，此時箱型結(jié)構(gòu)1會與彈簧擺形成相對運動，由金屬銅制成的箱型結(jié)構(gòu)1相當于導(dǎo)體，有無數(shù)的閉合回路，相對運動過程中與圓筒結(jié)構(gòu)連接的永磁體產(chǎn)生的磁感線會在箱型結(jié)構(gòu)1的各個面中發(fā)生變化，并在箱型結(jié)構(gòu)1中產(chǎn)生電渦流，箱型結(jié)構(gòu)1會受到電磁力作用，由楞次定律可知，電磁力阻礙相對運動，從而減緩被控結(jié)構(gòu)的振動，從能量轉(zhuǎn)換的角度看，結(jié)構(gòu)振動的機械能先轉(zhuǎn)化為箱型結(jié)構(gòu)的電能最終轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，達到了減震耗能的效果。此外，彈簧擺在運動過程中滿足內(nèi)共振時，兩個振動模態(tài)強烈耦合，會發(fā)生一種振動激發(fā)另一種振動，達到非線性吸振效果。

本實施方案中需要注意以下幾個方面：

一、該裝置應(yīng)設(shè)置在被控結(jié)構(gòu)頂部較為開闊的位置，箱型結(jié)構(gòu)會根據(jù)地震作用或者風荷載的方向，沿各個方向擺動；

二、彈簧的長度和剛度應(yīng)根據(jù)被控結(jié)構(gòu)的主頻率進行選擇，使其能滿足內(nèi)共振的條件；

三、彈簧和合金選擇形狀記憶合金，能夠具有較強的自我復(fù)位能力，有較好的吸振功能，同時還能保護下端的圓筒結(jié)構(gòu)；

四、圓筒結(jié)構(gòu)表面鍍鋅，防止其在惡劣的天氣情況下受到腐蝕，影響整體的功能性。

本實施方案中，應(yīng)當根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體情況確定電渦流阻尼器減振控制裝置的安裝位置和數(shù)量，以達到最佳的減振吸能效果。

本發(fā)明通過彈簧擺的內(nèi)共振現(xiàn)象達到非線性吸振效果；通過電磁感應(yīng)原理，使產(chǎn)生的電磁力減緩振動，使產(chǎn)生的電渦流將結(jié)構(gòu)振動的機械能轉(zhuǎn)化為電能最終轉(zhuǎn)化為熱能耗盡，達到耗能的效果。

本發(fā)明的上述實施方案并不是對本發(fā)明保護范圍的限定，本發(fā)明的實施方式不限于此，凡此種根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，對本發(fā)明上述結(jié)構(gòu)做出的其它多種形式的修改、替換或變更，均應(yīng)落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。